間充質干細胞在前列腺癌進展及治療中的作用

丁永強，云志中，馬可為，黃翔華

(1.內蒙古醫科大學研究生學院，內蒙古 呼和浩特 010110；2.內蒙古自治區人民醫院泌尿外科，內蒙古 呼和浩特 010017)

前列腺癌是全球男性發病率第二高的惡性腫瘤，居男性癌癥死亡的第5位[1]。近年來，我國前列腺癌發病率和病死率均呈上升趨勢[2]。前列腺切除術或放療可以很好地控制早期或局限性前列腺癌，對于局部晚期和轉移性前列腺癌，雄激素剝奪療法(androgen deprivation therapy,ADT)是最基礎的治療方法[3]。然而，大多數患者在ADT后會發展為去勢抵抗性前列腺癌(castration resistant prostate cancer,CRPC)，盡管晚期前列腺癌患者可選擇化療、雄激素受體(androgen receptor，AR)拮抗劑、新型內分泌治療以及免疫治療等方法[4]，但是患者的生存和預后仍然不容樂觀。因此，進一步研究前列腺癌發生發展的機制，開發更有效、副作用更小的藥物仍然是目前急需解決的問題。

間充質干細胞是一種能分化為中胚層細胞系(包括成骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、平滑肌細胞、神經元以及成纖維細胞等)的多能干細胞，其表面高表達CD105、CD73、CD90，而低表達CD45、CD34、CD14、HLA-DR[5-6]的特征常被用來判斷目標細胞是否為間充質干細胞。間充質干細胞來源廣泛，在骨髓、脂肪組織、循環系統以及各種腫瘤組織等全身多種組織中均可被檢出[6-7]。

實體瘤由腫瘤細胞和非腫瘤性支持細胞組成，非腫瘤性支持細胞包括癌相關成纖維細胞(cancer-associated fibroblasts,CAF)、間充質干細胞、平滑肌細胞和各種炎癥細胞(如淋巴細胞、內皮細胞、巨噬細胞等)[8]。這些非腫瘤性支持細胞作為一個整體被稱為腫瘤微環境，而間充質干細胞是腫瘤微環境中的重要組成部分，近年來被證實與前列腺癌的發生發展密切相關[9-11]。隨著技術的發展和研究的深入，根據間充質干細胞固有特性發展的細胞療法及外泌體療法逐漸進入人們的視野，且有望成為治療晚期前列腺癌的潛在方法，近年來成為研究的熱點。本文就間充質干細胞與前列腺癌發生發展的關系及間充質干細胞在前列腺癌治療中的作用進行綜述，以期為臨床該病的治療提供參考。

1 間充質干細胞通過多種信號通路促進前列腺癌的進展

已知腫瘤或炎癥組織中可分泌各種趨化因子(如PDGF、IL-6、LL37、PGE-2、CXCL12、CXCL16、CCL5、CCL2、IGF-1和TGF-β等)，這些趨化因子與間充質干細胞相互作用觸發了間充質干細胞向腫瘤組織募集[11-14]。研究發現，間充質干細胞被募集到前列腺癌組織處，并通過多種機制促進前列腺癌細胞的生長、增殖、遷移、侵襲，刺激血管生成及CAF的生成等，從而促進前列腺癌的進展[9-11]。這表明間充質干細胞位于調節多種促腫瘤途徑的關鍵節點，選擇性靶向這些途徑中的關鍵信號分子，可能具有顯著的抗腫瘤作用，為研究新的靶向藥物提供了思路。

1.1 間充質干細胞通過CCL5促進前列腺癌細胞的遷移、侵襲及去勢抵抗的形成

作為CC亞家族的成員，CCL5在T淋巴細胞、巨噬細胞、滑膜成纖維細胞、小管上皮細胞、內皮細胞和腫瘤細胞中表達，其主要與CCR5相互作用，同時還可以與其他受體(如CCR1、CCR3、CCR4、GPR75、ACKR1和ACKR2)結合發揮作用[15]。研究表明，骨髓間充質干細胞表達的CCL5通過上調前列腺癌細胞中HIF2α表達來抑制前列腺癌細胞中AR的活性，從而促進前列腺癌細胞的侵襲；同時HIF2α可以誘導骨髓間充質干細胞—前列腺癌共培養體系中前列腺癌干細胞的增殖，從而上調轉移相關因子ZEB-1和CXCR4的表達，增強前列腺癌細胞的遷移和侵襲能力[16]。因此，阻斷骨髓間充質干細胞向前列腺癌組織浸潤，中斷CCL5-HIF2α-AR-CXCR4/ZEB-1信號通路可能是抑制前列腺癌轉移的潛在治療方案。此外，在去勢條件下，前列腺癌組織的氧化應激反應增加，從而促進了間充質干細胞向前列腺癌組織的募集，而間充質干細胞通過促進CCL5的分泌來增加前列腺癌干細胞的數量，從而加速激素敏感性前列腺癌(hormone sensitive prostate cancer,HSPC)轉變為CRPC；因此，阻止間充質干細胞向前列腺癌組織遷移或者阻斷CCL5信號為抑制或延緩HSPC轉變為CRPC提供了一種新的思路[9]。

1.2 間充質干細胞通過CXCL12/CXCR4信號通路促進前列腺癌細胞的增殖、遷移和侵襲

CXCL12又稱基質衍生因子1α，是CXC亞家族的趨化因子之一，其受體包括CXCR4及CXCR7，CXCL12廣泛表達于人體肝、肺、骨髓、淋巴結、基質細胞和內皮細胞等[17]。研究發現，前列腺癌細胞通過CXCR6與間充質干細胞相互作用，誘導間充質干細胞轉化為CAF，而CAF分泌的CXCL12與前列腺癌細胞的CXCR4結合，誘導上皮—間質轉化，從而促進前列腺癌的轉移[12]。此外，骨髓間充質干細胞也可以分泌CXCL12，進而促進前列腺癌細胞的遷移和侵襲[18]。近期有研究發現，應激狀態下血管內皮細胞分泌的CXCL12與骨髓間充質干細胞表面的CXCR4結合，從而促進骨髓間充質干細胞的增殖和遷移；同時骨髓間充質干細胞通過CXCL12/CXCR4信號通路被招募至前列腺癌灶，誘導前列腺癌細胞的增殖和遷移[5]。這些結果表明，CXCL12/CXCR4信號通路可能成為前列腺癌靶向藥物的潛在靶點，關于CXCL12/CXCR4信號通路在前列腺癌中激活下游信號通路的具體機制目前仍不清楚，未來需要更多的研究闡明。

1.3 間充質干細胞通過TGF-β1促進前列腺癌細胞的增殖、遷移、侵襲及耐藥性的形成

TGF-β配體家族由TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3三種異構體組成，這些配體通過TGF-β受體(RI和RII)和輔助受體(如β聚糖)發出信號，其中TGF-β1表達最豐富，是腫瘤微環境中的主要亞型[19]。前列腺癌細胞和前列腺癌基質細胞分泌的TGF-β1已被證明可誘導骨髓間充質干細胞轉化為CAF，從而促進前列腺癌的進展[11]。同時，骨髓間充質干細胞分泌的TGF-β1可以將正常的成纖維細胞轉化為CAF，從而促進前列腺癌的生長和侵襲[20]。研究發現，雄激素可抑制間充質干細胞中TGF-β的表達，而ADT可誘導間充質干細胞中TGF-β的表達，從而導致HSPC轉化為CRPC[21]。此外，骨髓間充質干細胞通過分泌TGF-β1增強CRPC細胞的自噬活性，使其對多西他賽化療脫敏，從而促進化療耐藥。因此，抑制骨髓間充質干細胞中TGF-β1的分泌可增加CRPC細胞對多西他賽的敏感性[22]。目前關于TGF-β1的具體作用機制尚不清楚，相關信號通路的關鍵節點仍是未來研究的重要方向。

1.4 間充質干細胞通過RANK/RANKL/OPG信號通路促進前列腺癌細胞的增殖、遷移和侵襲

RANK屬于腫瘤壞死因子受體超家族，可以特異性結合其配體RANKL，參與前列腺癌骨轉移[23]。NF-κB位于RANK/RANKL信號通路的下游，是一個重要的轉錄因子家族，包括RelA、RelB、c-Rel、NF-κB1和NF-κB2，參與炎癥、免疫反應、腫瘤的發生發展等各種病理生理過程[24]。OPG是由成骨細胞產生的RANKL受體，與RANK競爭性結合RANKL，并且OPG與RANKL的結合能力優于RANK，因此OPG可通過阻斷RANK與RANKL的結合來抑制破骨細胞的激活和成熟分化，從而阻止骨丟失[25]。研究發現，人骨髓間充質干細胞通過旁分泌或自分泌方式激活RANK/RANKL信號通路和NF-κB途徑，增加細胞周期蛋白D1的表達，促進前列腺癌細胞的增殖、遷移和侵襲；同時也可通過NF-κB途徑刺激CD59的表達，抑制免疫系統對前列腺癌細胞的識別，從而促進前列腺癌的生長和轉移；前列腺癌向骨轉移的潛在機制可能是骨/骨髓微環境中游離的RANKL促進前列腺癌細胞的趨化性[26]。但是該研究的體外模型不能完全模擬人類骨髓間充質干細胞、成骨細胞與前列腺癌細胞之間的復雜相互作用，因此，未來的研究應該在體內用前列腺癌骨轉移的人源化小鼠模型探索這些相互作用。

1.5 間充質干細胞通過Notch信號通路促進前列腺癌的進展

Notch信號通路是一種高度保守的細胞—細胞信號通路，通過與相鄰細胞的直接接觸來傳遞信號，非常適合短距離的細胞通訊，并在腫瘤干細胞分化和腫瘤血管生成中發揮重要作用[27]。Notch信號通路與細胞自我更新、分化和存活有關，已被證明參與多種腫瘤(如前列腺癌、乳腺癌、結直腸癌等)的發生發展[28]。Notch蛋白是異二聚體跨膜受體家族成員，由負責配體識別的胞外結構域、跨膜結構域和參與信號轉導的胞內結構域組成。在哺乳動物中，已鑒定出四種Notch受體亞型(Notch1、Notch2、Notch3、Notch4)和五種配體(DLL1、DLL3、DLL4、Jagged1和Jagged2)[29]。一個表達Notch受體的細胞與另一個表達適當配體的細胞相互作用可激活該通路。有研究通過接觸式共培養體系前列腺癌—間充質干細胞確定了間充質干細胞通過細胞間的接觸激活前列腺癌中的Jagged1/Notch1通路，進而促進前列腺癌干細胞的產生；而抑制Jagged1/Notch1通路可顯著抑制間充質干細胞誘導的腫瘤生長[30]。這說明Jagged1/Notch1通路是間充質干細胞促進前列腺癌進展的又一信號通路，可能成為治療前列腺癌的新靶點。

間充質干細胞可以通過多種機制影響前列腺癌的發生發展，各種信號分子在人體構成龐大的調節網絡，同一種信號分子可能影響多種細胞，不同的細胞也可能通過同一種信號通路轉導調節信號；找到前列腺癌進展的關鍵信號節點，進而開發特異性治療藥物，仍然是臨床急需解決的問題。目前在體外或者小鼠模型中，通過阻斷某個信號通路可以抑制前列腺癌的進展，但是未來仍然需要通過大量的臨床研究去驗證。

2 間充質干細胞與前列腺癌的治療

2.1 基于間充質干細胞的細胞療法在前列腺癌治療中的作用

間充質干細胞可通過多種趨化因子被募集至前列腺癌組織[11-14]，從而將治療藥物或者治療基因精準運送至腫瘤部位，進而最大限度減少藥物相關的不良反應[31-33]。此外，間充質干細胞具有免疫調節特性，對先天性免疫和適應性免疫都有調節作用，其可以被引入宿主而不會引發不良的免疫反應，幫助外源性治療基因或藥物逃避宿主免疫反應，從而增加腫瘤部位治療基因或者治療藥物的有效濃度[34]。因此，間充質干細胞可成為選擇性輸送細胞毒性藥物或者治療基因的載體。有研究將攜帶scFv-Fdt-tBid片段的腺病毒轉染至間充質干細胞構建產生和遞送scFv-Fdt-tBid(一種新型的γ-精蛋白靶向免疫促凋亡分子)，這種工程化的間充質干細胞將歸巢于腫瘤部位并釋放融合蛋白以誘導γ-精蛋白陽性的前列腺癌細胞的凋亡，抑制腫瘤的生長，并且無毒副作用[31]。由E1A/B修飾的間充質干細胞包裝的條件復制型溶瘤腺病毒(CRAds和Adbic)在小鼠皮下異種移植人前列腺癌模型中顯示出腫瘤傾向性，在腫瘤內擴散良好，可抑制小鼠腫瘤的生長[32]。載有sTRAIL的間充質干細胞具有更高的前列腺癌誘導活性，并且與AKT抑制劑聯合應用可以抑制前列腺癌細胞的轉移[33]。這些結果表明，通過間充質干細胞輸送治療藥物或治療基因是前列腺癌(尤其是晚期前列腺癌)的潛在治療方法。

間充質干細胞可以從多種組織中獲取，但是不同來源的間充質干細胞在功能上可能會有不同[6-7]。來源于胎兒泌尿生殖竇及成人正常前列腺的間充質干細胞可分化為骨細胞和軟骨細胞，但是不能分化為脂肪細胞[13]。有研究比較了前列腺癌組織來源的間充質干細胞與骨髓間充質干細胞之間的差異發現，與骨髓間充質干細胞相比，前列腺癌組織來源的間充質干細胞生長能力明顯更強，細胞活性更高，這可能是因為其SDF-1、CXCR4、VEGF的表達更高[35]，但具體機制需要進一步的研究闡明。研究發現，骨髓間充質干細胞在前列腺癌的條件培養基中表型發生改變(如促炎因子分泌增加、功能活性改變和對前列腺癌細胞的化學吸引)，而將骨髓間充質干細胞轉移到正常生長介質中培養，其遷移和增殖能力受到可逆性抑制，因此前列腺癌細胞可能誘導間充質干細胞表型向“激活”轉變[36]。由此可見，間充質干細胞在不同細胞因子的微環境中可能被誘導出不同的功能，并且其功能可隨微環境的改變發生可逆變化。因此，在選擇間充質干細胞作為藥物載體時，需要考慮其來源問題及其功能變化情況，這使間充質干細胞作為藥物載體受到限制，找到向前列腺癌組織趨化性強且功能穩定的可復制間充質干細胞是目前臨床面臨的巨大問題。此外，將間充質干細胞作為治療藥物或治療基因載體的具體作用方式(如是否通過外泌體的旁分泌方式)仍需要更多的研究深入探討。

2.2 間充質干細胞的外泌體在前列腺癌治療中的作用

間充質干細胞具有易獲取、易增殖、免疫抑制的特性，并且是目前已知唯一一種可大規模產生外泌體的人類細胞，其外泌體作為旁分泌途徑中的重要介質，是遞送藥物小分子或者治療基因的理想選擇[37-38]。但是由于間充質干細胞的擴增潛能有限，并且存在供體變異，其外泌體的應用受到一定限制[38-39]。因此，有研究發現人誘導多能干細胞衍生的間充質干細胞樣細胞可以在體外被強有力地誘導和擴增，克服了目前使用間充質干細胞生產外泌體的局限性[39]。將這種外泌體系統注入小鼠模型發現，其可聚集在前列腺癌病灶區域，將多西紫杉醇裝入外泌體內不會影響前列腺癌細胞對外泌體的選擇性攝??；與游離多西紫杉醇相比，外泌體包裹的多西紫杉醇對多西紫杉醇耐藥的前列腺癌細胞的細胞毒性明顯更強，而對非腫瘤細胞的細胞毒性較弱；在皮下和骨轉移性前列腺癌小鼠模型中，與游離多西紫杉醇相比，外泌體包裹的多西紫杉醇顯著延緩了腫瘤生長，并可降低對白細胞的毒性[38]。攜帶miR-205的人骨髓間充質干細胞外泌體通過RHPN2抑制前列腺癌細胞的增殖、遷移和侵襲，并且促進其凋亡[37]。此外，有研究通過間充質干細胞制備聚乙二醇化納米微粒，該方式在保留其獨特的表面相關腫瘤靶向能力的同時攜帶編碼癌毒性基因的pDNA，可以抑制皮下前列腺癌的生長，并顯著延長動物的存活時間[40]。這些研究表明，間充質干細胞外泌體作為特定治療藥物的載體，有望使前列腺癌患者受益；同時，因其能夠批量生產，也為藥物的大量生產提供了基礎。

3 總結

間充質干細胞是前列腺癌腫瘤微環境中的重要成員，可以通過多種趨化因子將血液循環中的間充質干細胞募集至前列腺癌組織，并且可通過多種信號通路影響前列腺癌的進展；同時前列腺癌細胞也可促進間充質干細胞的增殖，并誘導其表型改變。阻斷間充質干細胞與前列腺癌之間信號傳導的關鍵信號分子或者阻斷間充質干細胞向前列腺癌的募集，可能成為治療前列腺癌的新方法。近年來，利用間充質干細胞向前列腺癌歸巢及其免疫逃逸的特點，將治療藥物、治療基因或者特異性病毒裝載到間充質干細胞中，可以使治療物質準確到達腫瘤部位，為前列腺癌的治療提供了新方向，也為靶向藥物的研發提供了研究背景。但由于間充質干細胞的擴增潛能有限及其功能可變性，將間充質干細胞作為藥物載體受到了一定限制。相比之下，能批量生產并可向前列腺癌組織募集的間充質干細胞外泌體作為治療藥物或治療基因的載體更具優勢，有望成為治療前列腺癌特別是CRPC的新型藥物，但是其具體作用機制仍需進一步研究，其應用安全性也需要通過大量的臨床研究驗證。